超伝導マグネットとは？

超伝導マグネットは、コイルがタイプII超伝導体で作られている電磁石です。 100,000エルステッド（メートルあたり8,000,000アンペア）の安定した磁場を簡単に作成できます。 それらは、標準の鉄芯電磁石よりも強力な磁場を生成し、運用コストが低くなります。

超伝導磁石が何であるかを理解するためには、超伝導について少し知ることが重要です。 特定の金属とセラミックが絶対零度に近い温度範囲から冷却されると、それらは電気抵抗を失います。 この温度は臨界温度（Tc）と呼ばれ、材料ごとに異なります。 電気抵抗がない場合、電子は材料全体に自由に移動できます。 この要素は、熱としてエネルギーを失うことなく、長期間にわたって大量の電流を保持できます。 極端な電荷を保持するこの能力は、超伝導と呼ばれます。

ほとんどの金属は、織り込まれた原子構造を持っています。 それらの電子は緩く保持されているため、織りパターンの内外に容易に移動できます。 電子が移動すると、原子と衝突し、熱の形でエネルギーを失います。 このため、金属は非常に良好に電気を加熱および伝導できます。 これが、鍋やフライパン、トースターオーブンなどが金属でできている理由です。

超伝導体では、電子は対になって移動し、原子と衝突するのではなく、原子間を移動します。 負に帯電した電子は、正に帯電した原子が織り込まれているので、それらの正の原子を引っ張ります。 別の電子が抵抗に向かって引き寄せられ、元の電子と対になります。 それらは絶えず自由になり、他の電子と結合しますが、抵抗はほとんどまたはまったくありません。 このため、標準金属のように熱とエネルギーを失うことはありません。

タイプII超伝導体は、超伝導磁石のコイルに使用される種類です。 タイプII超伝導体は、タイプI超伝導体よりも低い温度でTcに達します。 それらは、磁場内で超伝導状態から通常状態に徐々に移行します。 これら2つの特性により、タイプIよりも高い電流を流すことができます。

磁気浮上には超伝導マグネットを使用できます。 マイスナー効果では、超伝導ディスクが磁石の下に置かれ、液体窒素を使用して冷却されます。 超伝導体は冷却されているため、電荷を受け入れるために開いており、磁石は電流を誘導し、したがって超伝導体に磁場を誘導し、磁石はその場の上を浮遊し始めます。

浮上列車システムに超伝導マグネットを使用する研究が進行中です。 また、磁気共鳴イメージング（MRI）に使用する小型で強力な磁石の製造も検討されています。 長期計画には、凍結することなく超伝導を生成できる材料の発見が含まれます。 この材料が発見されると、輸送やエネルギー生産を含む多くの分野の未来が変わります。